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WO2000065886A1 - Elektronisches vorschaltgerät - Google Patents

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WO2000065886A1
WO2000065886A1 PCT/EP2000/003584 EP0003584W WO0065886A1 WO 2000065886 A1 WO2000065886 A1 WO 2000065886A1 EP 0003584 W EP0003584 W EP 0003584W WO 0065886 A1 WO0065886 A1 WO 0065886A1
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WO
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capacitor
transformer
discharge lamp
preheating
parallel
Prior art date
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PCT/EP2000/003584
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English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Winkel
Franz Tusch
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Omnitronix Inc
Original Assignee
Omnitronix Inc
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Publication date
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Priority to EP00931065A priority patent/EP1201106B1/de
Priority to DE50001296T priority patent/DE50001296D1/de
Priority to DK00931065T priority patent/DK1201106T3/da
Priority to AU71938/00A priority patent/AU7193800A/en
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00—Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14—Circuit arrangements
    • H05B41/26—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from DC by means of a converter, e.g. by high-voltage DC
    • H05B41/28—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from DC by means of a converter, e.g. by high-voltage DC using static converters
    • H05B41/295—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from DC by means of a converter, e.g. by high-voltage DC using static converters with semiconductor devices and specially adapted for lamps with preheating electrodes, e.g. for fluorescent lamps

Definitions

  • the invention relates to an electronic ballast according to the preamble of the main claim.
  • Electronic ballasts for operating low-pressure discharge lamps usually have a preheating of the electrodes, a current-controlled preheating and a voltage-controlled preheating being known.
  • current-controlled preheating the heating filaments of the discharge lamp are operated in series with the lamp parallel capacitor.
  • a preheating is possible due to a frequency shift, the preheating frequency being higher than the operating frequency and the current falling with increasing frequency.
  • the level of preheating, ie the preheating current is determined by the size of the capacitor, the preheating frequency and the maximum preheating voltage on the lamp.
  • a capacitor assigned to each lamp type must be used, so that the ballast must always be adapted to the lamp type used.
  • An ECG with such a preheating is known from EP 0 535 911 AI and EP 0 769 889 AI, the heating current being limited by a capacitive load or a capacitive and ohmic load.
  • the invention is therefore based on the object of providing an electronic ballast with preheating in which the operating losses due to the preheating are kept low and in which an excessive inrush current is avoided.
  • this object is achieved by the characterizing features of the main claim. Due to the use of a transformer, which quickly saturates when switched on and in which the primary winding is connected in series to the lamp parallel capacitor and in which a secondary winding is parallel to the respective heating coil, practically both previously known preheating t linked together. In the first switch-on moment, the current-controlled preheating prevails in order to switch to a voltage-controlled preheating within a very short time. As a result, there is no first greatly increased inrush current, so that even sensitive heating coils can be controlled without much additional effort. In addition, a so-called universal electronic ballast can be provided, since the lamp parallel capacitor can be chosen relatively freely and thus only one capacitor can be used for all or more types of lamps.
  • FIG. 1 An embodiment of the invention is shown in the drawing and is explained in more detail in the following description.
  • the single figure shows the circuit configuration of a load circuit supplied by an inverter.
  • the circuit for electronic ballasts shown in the figure has a standard half-bridge circuit as the output circuit of the ballast, which is represented by the electronic switches T1 and T2 and by the two half-bridge capacitors C H ⁇ and C H2 .
  • the half-bridge circuit is connected to the supply voltage + Ut > .
  • a choke L1 is connected to the connection point between the two electronic switches T1, T2, which connects one heating filament 2 of the discharge lamp 1 to one connection connected is.
  • the other heating coil 3 is connected with a connection to the connection point of the two half-bridge capacitors C H ⁇ , C H2 .
  • one or the other capacitor of the half-bridge can also be omitted.
  • the capacitor which is usually parallel to the lamp 1 is denoted by Ci, the capacitor being connected to the primary winding 4 of a transformer 2 in such a way that the series circuit comprising the capacitor CI and the primary winding 4 is connected in parallel to the discharge lamp 1.
  • the capacitor CI is dimensioned so that it does not reach the ignition voltage at the preheating frequency, which is, however, supplied by the frequency shift.
  • the transformer 2 has two secondary windings 5, 6, all windings being arranged on a toroidal core, so that the transformer is designed as a toroidal core transformer.
  • a coupling capacitor Ci and C k2 In series with the respective secondary winding 5, 6 is a coupling capacitor Ci and C k2 , the coupling capacitor and secondary winding being arranged in parallel with the respective heating coil 2 , 3.
  • the coupling capacitors are used for DC decoupling.
  • the toroidal transformer 2 is characterized in that it immediately saturates when there is a surge above a limit, since there is no air gap.
  • the lamp parallel circuit that is to say a capacitor with a heating transformer, can be placed directly against + U b or ground (GN).
  • GN ground
  • Toroidal core here also the heating currents. As soon as the ignition voltage of the illuminant or the discharge lamp 1 is reached, the lamp ignites and the voltage breaks down to the operating voltage of the lamp. At the operating frequency, the reactive current through the capacitor Ci is much smaller, as a result of which the heating current also becomes smaller and the losses in the heating coils 2, 3 are reduced.
  • the circuit provides a preheating combined from a current-controlled preheating and a voltage-controlled preheating, with the current-controlled preheating predominating in the first switch-on moment, which merges into a voltage-controlled preheating within a very short time.

Landscapes

  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)
  • Furan Compounds (AREA)
  • Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)

Abstract

Es wird ein elektronisches Vorschaltgerät mit Vorheizung zum Betreiben von Niederdruckentladungslampen vorgeschlagen. In bekannter Weise weist das elektronische Vorschaltgerät einen Wechselrichter auf, der mindestens einen Lastkreis versorgt, wobei der Lastkreis eine Entladungslampe und einen Serienresonanzkreis aufweist, dessen Kondensator parallel zur Entladungslampe liegt. Die Entladungslampe besitzt beheizbare Elektroden. Weiterhin ist ein Transfformator vorgesehen, dessen Primärwicklung in Reihe mit dem Kondensator liegt und dessen zwei Sekundärwicklungen jeweils parallel zu den Elektroden geschaltet sind. Der Transformator ist derart ausgebildet, dass er beim Einschalten schnell in die Sättigung geht.

Description

Elektronisches Vorschaltgerät
Die Erfindung betrifft ein elektronisches Vorschaltgerät nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Elektronische Vorschaltgeräte zum Betreiben von Niederdruckentladungslampen weisen üblicherweise eine Vorheizung der Elektroden auf, wobei eine stromgesteuerte Vorheizung und eine spannungsgesteuerte Vor- heizung bekannt sind. Bei der stromgesteuerten Vorheizung werden die Heizwendeln der Entladungslampe in Reihe mit dem Lampenparallelkondensator betrieben. Aufgrund einer Frequenzverschiebung ist eine Vorheizung möglich, wobei die Vorheizfrequenz höher als die Betriebsfrequenz ist und wobei mit steigender Frequenz der Strom fällt. Die Höhe der Vorheizung, d.h. des Vorheizstroms wird durch die Größe des Kondensators, die Vorheizfrequenz und die maximale Vorheizspannung am Leuchtmittel bestimmt. Je nach Leuchtmit- teltyp kann es hierbei jedoch zu großen Betriebsver- lusten und einer sehr geringen Startspannung kommen. Darüber hinaus muß für jeden Leuchtmitteltyp ein ihm zugeordneten Kondensator verwendet werden, so daß das Vorschaltgerät immer auf den verwendeten Lampentyp angepaßt sein muß.
Bei der spannungsgesteuerten Vorheizung wird beispielsweise durch extra Heiztransformatoren oder Heizwicklungen auf der Ausgangsdrossel eine Spannung an die Heizwendeln angelegt. Auch hier ist eine Vorheizung durch Frequenzverschiebung möglich. Ein Vorteil dieser Schaltung besteht darin, daß der Lampen- parallelkondensator relativ frei gewählt werden kann, ein entscheidender Nachteil ist jedoch, daß im ersten Moment bei kalten Heizwendeln ein relativ großer
Heizstrom fließt und somit weitere Maßnahmen zur besseren Heizstromeinstellung nötig sind. Ein EVG mit einer solchen Vorheizung ist aus der EP 0 535 911 AI und der EP 0 769 889 AI bekannt, wobei der Heizstrom durch eine kapazitive Last bzw. einer kapazitiven und ohmschen Last begrenzt wird.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elektronisches Vorschaltgerät mit Vorheizung zu schaffen, bei dem die Betriebsverluste aufgrund der Vorheizung gering gehalten werden und bei dem ein überhöhter Einschaltstrom vermieden wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kenn- zeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs gelöst. Aufgrund der Verwendung eines Transformators, der beim Einschalten schnell in die Sättigung geht und bei dem die Primärwicklung in Reihe zu dem Lampenparallelkon- densator geschaltet ist und bei dem jeweils eine Se- kundärwicklung parallel zu der jeweiligen Heizwendel liegt, werden praktisch beide vorbekannten Vorheizme- t oden miteinander verknüpft. Im ersten Einschaltmoment überwiegt die stromgesteuerte Vorheizung, um binnen kürzester Zeit in ein spannungsgesteuerte Vorheizung überzugehen. Dadurch entfällt ein erster stark überhöhter Einschaltstrom, so daß auch empfindliche Heizwendeln ohne größeren zusätzlichen Aufwand angesteuert werden können. Darüber hinaus kann ein sogenanntes Universal EVG zur Verfügung gestellt werden, da der Lampenparallelkondensator relativ frei gewählt werden kann und somit nur ein Kondensator für alle bzw. mehrere Leuchtmitteltypen verwendet werden kann.
Da nur ein Kondensator notwendig ist, der sowohl die Funktion der Lieferung der Zündspannung als auch die Funktion der Lieferung der Vorheizenergie mit Begrenzung durch den Ringkerntransformator übernimmt, können Bauteile gespart werden, d.h. der Bauteileaufwand gegenüber dem Stand der Technik ist weitaus geringer.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt die schaltungsgemäße Ausgestaltung eines von einem Wechselrichter versorgten Lastkreises.
Die in der Figur dargestellte Schaltung für elektronische Vorschaltgeräte weist als Ausgangskreis des Vorschaltgerätes eine Standard-Halbbrückenschaltung auf, die durch die elektronischen Schalter Tl und T2 sowie durch die zwei Halbbrückenkondensatoren CHι und CH2 dargestellt ist. Die Halbbrückenschaltung liegt an der Versorgungsspannung +Ut>. An den Verbindungspunkt zwischen den zwei elektronischen Schaltern Tl, T2 ist eine Drossel Ll geschaltet, die mit dem einen Anschluß der einen Heizwendel 2 der Entladungslampe 1 verbunden ist. Die andere Heizwendel 3 ist mit einem Anschluß mit dem Verbindungspunkt der zwei Halbbrük- kenkondensatoren CHι, CH2 verbunden. Normalerweise kann jedoch auch der eine oder der andere Kondensator der Halbbrücke entfallen.
Der üblicherweise parallel zur Lampe 1 liegende Kondensator ist mit Ci bezeichnet, wobei entsprechen der Erfindung der Kondensator mit der Primärwicklung 4 eines Transformators 2 verbunden ist, derart, daß zur Entladungslampe 1 parallel die Reihenschaltung bestehend aus Kondensator CI und Primärwicklung 4 liegt. Der Kondensator CI ist dabei so bemessen, daß er bei der Vorheizfrequenz nicht die Zündspannung erreicht, die aber dazu durch die Frequenzverschiebung geliefert wird. Der Trans-formator 2 weist neben der Primärwicklung 4 zwei Sekundärwicklungen 5, 6 auf, wobei alle Wicklungen auf einem Ringkern angeordnet sind, so daß der Transformator als Ringkerntransformator ausgebildet ist. In Reihe mit der jeweiligen Sekundärwicklung 5, 6 liegt ein Koppelkondensator Ci und Ck2, wobei Koppelkondensator und Sekundärwicklung jeweils parallel zur jeweiligen Heizwendel 2,3 angeordnet sind. Die Koppelkondensatoren dienen zur Gleich- Stromentkopplung. Der Ringkerntransformator 2 zeichnet sich dadurch aus, daß er bei einem über einer Grenze liegenden Stromstoß sofort in die Sättigung geht, da kein Luftspalt vorhanden ist.
In nicht dargestellten Ausführungsbeispielen kann der Lampenparallelkreis, d.h. Kondensator mit Heiztrans- formator direkt gegen +Ub oder Masse (GN) ) gelegt werden. Eine Anbindung an die kapazitive Halbbrücke ist nicht unbedingt erforderlich.
Im Moment des Einschaltens wird nach kürzester Zeit (ein paar Mikrosekunden) eine hochfrequente Wechselspannung erzeugt, und bei höherer Vorheizfrequenz fließt ein Strom durch den Ausgangsschwingkreis bestehend aus Drossel Ll und Kondensator CI. Der Span- nungsabfall am Kondensator bestimmt die Vorheizspannung. Der in der Primärwicklung 4 fließende Strom induziert über den Ringkern in den Sekundärwicklungen die Vorheizströme für die Heizwendeln 2, 3, die über die Sättigungserscheinung im Ringkern begrenzt wer- den, da der Ringkern beim Hochlaufen des Vorschaltge- rätes, bei dem ein hoher Strom fließt, sofort in die Sättigung gegangen ist. Beim Übergang zur Normalfrequenz wird die Spannung über den Kondensator CI durch beginnende Resonanzerscheinungen immer größer. Auch der Strom wird immer größer, jedoch begrenzt der
Ringkern auch hier die Heizströme. Sobald die Zündspannung des Leuchtmittels bzw. der Entladungslampe 1 erreicht ist, zündet die Lampe und die Spannung bricht auf die Betriebsspannung der Lampe zusammen. Bei der Betriebsfrequenz ist der Blindstrom durch den Kondensator Ci viel kleiner, wodurch auch der Heizstrom kleiner wird und die Verluste in den Heizwendeln 2, 3 verringern sich.
Durch die Schaltung ist eine aus einer stromgesteuerten Vorheizung und einer spannungsgesteuerten Vorheizung kombinierte Vorheizung gegeben, wobei im ersten Einschaltmoment die stromgesteuerte Vorheizung überwiegt, die binnen kürzester Zeit in eine spannungsge- steuerte Vorheizung übergeht.

Claims

Patentansprüche
1. Elektronisches Vorschaltgerät zum Betreiben von Niederdruckentladungslampen mit einem Wechselrichter, der mindestens einen Lastkreis versorgt, wobei der Lastkreis eine Entladungslampe, eine zu dieser in Reihe geschaltete Drossel so- wie einen parallel zur Entladungslampe liegenden, die Zündspannung für die Entladungslampe liefernden Kondensator aufweist und wobei die Entladungslampe Elektroden besitzt, die über einen Heiztransformator beheizbar sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Primärwicklung (4) des Transformators (1) in Reihe mit dem Kondensator (Ci) und diese Reihenschaltung parallel zur Entladungslampe liegt, und parallel zu den Elektroden jeweils eine Sekundärwicklung (5, 6) geschaltet sind, wobei der Transformator (2) derart ausgebildet ist, daß er beim Einschalten schnell in die Sättigung geht.
2. Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklungen (5, 6) jeweils in Reihe mit einem Koppelkondensator (Ckι, Ck2) liegen.
3. Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator (2) als Ringkerntransformator ausgebildet ist.
PCT/EP2000/003584 1999-04-26 2000-04-20 Elektronisches vorschaltgerät Ceased WO2000065886A1 (de)

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